L'essor des entreprises commerciales de fusion : Une brève histoire de la fusion

Co-auteur : Richard Pearson - Conseiller expert, Technologie de l'énergie de fusion

La fusion nucléaire est ce qui fait fonctionner les étoiles et crée un grand nombre des éléments qui composent notre univers. Une réaction de fusion se produit lorsque deux éléments surmontent les forces fondamentales de la nature pour s'unir à des températures et des pressions élevées. Ce processus libère de l'énergie, qui peut être calculée grâce à la célèbre équation d'Einstein E=mc2. L'énergie de fusion est considérée comme ayant un potentiel important pour soutenir une économie sans carbone en raison des grandes quantités d'énergie libérées dans chaque réaction, de l'abondance du combustible (isotopes d'hydrogène), de l'absence de sous-produits radioactifs à longue durée de vie et de l'absence d'émissions à effet de serre. Toutefois, il est difficile de reproduire les conditions de la fusion, c'est-à-dire de recréer une étoile sur Terre.

Pendant une grande partie du siècle dernier, les scientifiques ont cherché à percer les mystères de la fusion nucléaire. Des réactions de fusion non contrôlées produisant de l'énergie ont été démontrées sur Terre lors d' essais d'armes thermonucléaires dans les années 1950 ; cependant, la réalisation d'une réaction de fusion contrôlée produisant de l'énergie est restée depuis un objectif scientifique majeur. La majorité des travaux de recherche et de développement se sont concentrés sur deux approches de la fusion : la fusion par confinement magnétique (MCF), qui utilise de puissants aimants pour contenir et comprimer les combustibles de fusion sous la forme d'un plasma qui est ensuite chauffé, et la fusion par confinement inertiel (ICF), où des lasers dirigés vers une cible de combustible créent instantanément les conditions de la fusion. L'une des variantes du réacteur MCF, le tokamak, qui utilise des aimants pour comprimer un plasma à l'intérieur d'une chambre centrale en forme de beignet (toroïdale), a connu un succès précoce et s'est ensuite imposé comme le centre de l'activité de fusion dans le monde.

Le projet ITER, une collaboration internationale dans le domaine de la recherche sur les tokamaks, a reçu la plus grande attention dans le monde de la recherche sur la fusion depuis le début du millénaire. ITER a été un processus important pour le développement de la collaboration internationale en matière de recherche scientifique. Cependant, plusieurs nouvelles approches de la fusion sont apparues, qui pourraient progresser plus rapidement et offrir des options commercialement compétitives d'ici deux décennies.

L'essor des entreprises de fusion commerciale

L'émergence de nouveaux concepts de fusion et une meilleure compréhension de la physique des plasmas ont conduit à la création de nombreuses entreprises commerciales de fusion financées par des fonds privés. Les start-ups commerciales de fusion nucléaire sont apparues dans les années 2000(TAE Technologies, General Fusion, Tokamak Energy, et d'autres), mais les investissements privés dans la fusion ont pris de l'ampleur au milieu des années 2010. Les jeunes entreprises de fusion explorent un large éventail d'approches conceptuelles de la fusion, comme l'utilisation d'aimants supraconducteurs à haute température pour les tokamaks et les stellarators ou de canons à gaz à projectiles à haute vitesse pour l'implosion des cibles. D'autres développent des concepts de réacteurs totalement uniques basés sur une approche connue sous le nom de fusion à cible magnétisée (MTF) - parfois appelée fusion magnéto-inertielle (MIF) - qui réunit des éléments de la MCF et de la ICF.

Plusieurs approches actuellement explorées ont été théorisées ou développées il y a plusieurs décennies, mais elles étaient en dehors des programmes de fusion classiques, qui étaient principalement axés sur les tokamaks. Les capitaux privés ont modifié ce paradigme et, en février 2020, les investissements privés dans les start-ups de fusion s'élevaient à environ 1,5 milliard de dollars, avec des investisseurs tels que Jeff Bezos, Breakthrough Energy Ventures et d'autres. Ces entreprises financées par des fonds privés se sont concentrées sur les concepts de fusion ayant un potentiel commercial et sur le rôle de la fusion pour permettre une économie zéro carbone.

Clean Air Task Force (CATF) Carte de fusion globale

Vers une fusion commerciale

Bien que certaines start-ups de fusion aient fait des progrès considérables, toutes sont encore loin de la commercialisation et se concentrent plutôt sur la production d'un plasma stable pour démontrer que la puissance de fusion est rentable. Cependant, plusieurs défis supplémentaires en matière d'ingénierie et de commercialisation doivent être relevés pour qu'un réacteur à fusion atteigne la viabilité commerciale. Jusqu'à présent, très peu de soutien financier public a été mis à la disposition des développeurs commerciaux de la fusion. Les programmes ARPA-E ALPHA, ARPA-E BETHE, INFUSE du ministère de l'énergie, ainsi que le programme AMR (Advanced Modular Reactor ) du Royaume-Uni ont apporté un certain soutien aux développeurs privés de la fusion commerciale. Cependant, un soutien public beaucoup plus large et plus profond sera nécessaire pour parvenir à une commercialisation dans un délai qui puisse avoir un impact sur les objectifs climatiques mondiaux.

CATFLe projet de fusion nucléaire de la Commission européenne a pour but d'identifier les problèmes de fusion non explorés et la manière d'obtenir un soutien public et privé efficace. En conséquence, le projet de fusion de CATFcherche à répondre aux questions suivantes :

• Quel pourrait être le rôle de la fusion nucléaire dans la décarbonisation du système énergétique mondial ?
• L'énergie de fusion nucléaire peut-elle être économique ?
• Quels marchés le développement de la fusion commerciale doit-il viser ?
• Comment la fusion nucléaire commerciale doit-elle être réglementée en toute sécurité ?
• La fusion nucléaire commerciale présente-t-elle des risques de prolifération nucléaire et, dans l'affirmative, comment y remédier ?
• Quels politiques et programmes publics pourraient faciliter le développement de la fusion nucléaire commerciale et l'entrée sur le marché ?
• Comment appliquer le plus efficacement possible les investissements publics et privés dans la technologie de la fusion nucléaire ?
• Quels défis commerciaux, tels que la fabrication des composants, les matériaux ou les déchets, pourraient entraver le déploiement de la fusion nucléaire ?